stringtranslate.com

Тетрафторид углерода

Тетрафторметан , также известный как тетрафторид углерода или R-14, является простейшим перфторуглеродом ( CF4 ). Как следует из его названия по ИЮПАК, тетрафторметан является перфторированным аналогом углеводорода метана . Его также можно классифицировать как галогеналкан или галометан . Тетрафторметан является полезным хладагентом , но также и мощным парниковым газом . [4] Он имеет очень высокую прочность связи из-за природы связи углерод-фтор .

Склеивание

Из-за множественных связей углерод-фтор и высокой электроотрицательности фтора углерод в тетрафторметане имеет значительный положительный частичный заряд , который усиливает и укорачивает четыре связи углерод-фтор, обеспечивая дополнительный ионный характер. Связи углерод-фтор являются самыми прочными одинарными связями в органической химии . [5] Кроме того, они усиливаются по мере добавления большего количества связей углерод-фтор к одному и тому же углероду. В одноуглеродных фторорганических соединениях, представленных молекулами фторметана , дифторметана , трифторметана и тетрафторметана, связи углерод-фтор являются самыми прочными в тетрафторметане. [6] Этот эффект обусловлен увеличением кулоновского притяжения между атомами фтора и углеродом, поскольку углерод имеет положительный частичный заряд 0,76. [6]

Подготовка

Тетрафторметан — это продукт, который получается при сжигании любого углеродного соединения, включая сам углерод, в атмосфере фтора. При сжигании углеводородов фтористый водород является побочным продуктом. Впервые он был описан в 1926 году. [7] Его также можно получить фторированием диоксида углерода , оксида углерода или фосгена тетрафторидом серы . В промышленных масштабах его производят реакцией фтористого водорода с дихлордифторметаном или хлортрифторметаном ; его также получают при электролизе фторидов металлов MF, MF2 с использованием угольного электрода.

Хотя его можно получить из множества прекурсоров и фтора, элементарный фтор дорог и сложен в обращении. Следовательно, CF
4производится в промышленных масштабах с использованием фтористого водорода : [4]

CCl2F2 + 2HF → CF4 + 2HCl

Лабораторный синтез

Тетрафторметан и тетрафторид кремния можно получить в лабораторных условиях путем реакции карбида кремния с фтором.

SiC + 4F2 → CF4 + SiF4

Реакции

Тетрафторметан, как и другие фторуглероды, очень стабилен из-за прочности его связей углерод-фтор. Связи в тетрафторметане имеют энергию связи 515 кДж⋅моль −1 . В результате он инертен к кислотам и гидроксидам. Однако он взрывоопасно реагирует со щелочными металлами . Термическое разложение или сжигание CF4 приводит к образованию токсичных газов ( карбонилфторид и оксид углерода ), а в присутствии воды также будет давать фтороводород .

Он очень мало растворим в воде (около 20 мг⋅л −1 ), но смешивается с органическими растворителями.

Использует

Тетрафторметан иногда используется как низкотемпературный хладагент (R-14). Он используется в микропроизводстве электроники отдельно или в сочетании с кислородом в качестве плазменного травителя для кремния , диоксида кремния и нитрида кремния . [8] Он также используется в нейтронных детекторах. [9]

Воздействие на окружающую среду

Временной ряд тетрафторметана (CF 4 ) Мауна-Лоа.
PFC-14 измеряется в ходе Advanced Global Atmospheric Gases Experiment (AGAGE) в нижних слоях атмосферы ( тропосфере ) на станциях по всему миру. Содержание дано в виде среднемесячных молярных долей без загрязнения в частях на триллион .
Концентрация CF 4 (PFC-14) в атмосфере по сравнению с аналогичными антропогенными газами (правый график). Обратите внимание на логарифмическую шкалу.

Тетрафторметан — это мощный парниковый газ , который способствует парниковому эффекту . Он очень стабилен, имеет продолжительность жизни в атмосфере 50 000 лет и высокий потенциал парникового эффекта, в 6500 раз превышающий потенциал CO 2 . [10]

Тетрафторметан является наиболее распространенным перфторуглеродом в атмосфере, где он обозначен как PFC-14. Его концентрация в атмосфере растет. [11] По состоянию на 2019 год, искусственные газы CFC-11 и CFC-12 продолжают оказывать более сильное радиационное воздействие, чем PFC-14. [12]

Хотя по своей структуре тетрафторметан похож на хлорфторуглероды (ХФУ), он не разрушает озоновый слой [13], поскольку связь между углеродом и фтором намного сильнее, чем между углеродом и хлором. [14]

Основные промышленные выбросы тетрафторметана, помимо гексафторэтана, производятся при производстве алюминия с использованием процесса Холла-Эру . CF4 также производится как продукт распада более сложных соединений, таких как галоидуглероды . [15]

Риски для здоровья

Из-за своей плотности тетрафторметан может вытеснять воздух, создавая опасность удушья в недостаточно проветриваемых помещениях. В противном случае он обычно безвреден из-за своей стабильности.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Лид, Дэвид Р.; Кехиаян, Генри В. (1994). Справочник CRC по термофизическим и термохимическим данным (PDF) . CRC Press. стр. 31.
  2. ^ Abjean, R.; A. Bideau-Mehu; Y. Guern (15 июля 1990 г.). "Показатель преломления тетрафторида углерода (CF4) в диапазоне длин волн 300-140 нм". Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел A: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 292 (3): 593–594. Bibcode : 1990NIMPA.292..593A. doi : 10.1016/0168-9002(90)90178-9.
  3. ^ Кестин, Дж.; Ро, СТ; Уэйкхэм, ВА (1971). «Эталонные значения вязкости двенадцати газов при 25°C». Труды Фарадейского общества . 67 : 2308–2313. doi :10.1039/TF9716702308.
  4. ^ аб Зигемунд, Гюнтер; Швертфегер, Вернер; Фейринг, Эндрю; Умный, Брюс; Бер, Фред; Фогель, Гервард; МакКьюсик, Блейн (2002). «Соединения фтора органические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a11_349. ISBN 978-3527306732.
  5. ^ O'Hagan D (февраль 2008). «Понимание химии фторорганических соединений и катионов. Введение в связь C–F». Chemical Society Reviews . 37 (2): 308–19. doi :10.1039/b711844a. PMID  18197347.
  6. ^ ab Lemal, DM (2004). «Перспективы химии фторуглеродов». J. Org. Chem. 69 (1): 1–11. doi :10.1021/jo0302556. PMID  14703372.
  7. ^ Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  8. ^ К. Уильямс, К. Гупта, М. Василик. Скорости травления при микрообработке – Часть II J. Microelectromech. Syst., т. 12, стр. 761–777, декабрь 2003 г.
  9. ^ Moon, Myung-Kook; Nam, Uk-Won; Lee, Chang-Hee; Em, VT; Choi, Young-Hyun; Cheon, Jong-Kyu; Kong, Kyung-Nam (2005). "Низкоэффективный 2-мерный позиционно-чувствительный нейтронный детектор для измерения профиля пучка". Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел A: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 538 (1–3): 592–596. Bibcode : 2005NIMPA.538..592M. doi : 10.1016/j.nima.2004.09.020.
  10. ^ Artaxo, Paulo; Berntsen, Terje; Betts, Richard; Fahey, David W.; Haywood, James; Lean, Judith ; Lowe, David C.; Myhre, Gunnar; Nganga, John; Prinn, Ronald; Raga, Graciela; Schulz, Michael; van Dorland, Robert (февраль 2018 г.). «Изменения в атмосферных составляющих и радиационном воздействии» (PDF) . Межправительственная группа экспертов по изменению климата . стр. 212. Получено 17 марта 2021 г.
  11. ^ "Индикаторы изменения климата - Концентрация парниковых газов в атмосфере - Рисунок 4". Агентство по охране окружающей среды США . 27 июня 2016 г. Получено 26 сентября 2020 г.
  12. ^ Батлер Дж. и Монцка С. (2020). «Ежегодный индекс парниковых газов NOAA (AGGI)». Лаборатория глобального мониторинга NOAA /Исследовательские лаборатории системы Земли.
  13. ^ Cicerone, Ralph J. (1979-10-05). "Атмосферный тетрафторид углерода: почти инертный газ" (PDF) . Science . 206 (4414): 59–61. Bibcode :1979Sci...206...59C. doi :10.1126/science.206.4414.59. ISSN  0036-8075. PMID  17812452. S2CID  34911990.
  14. ^ "Энергии связи". www2.chemistry.msu.edu . Получено 2023-01-15 .
  15. ^ Jubb, Aaron M.; McGillen, Max R.; Portmann, Robert W.; Daniel, John S.; Burkholder, James B. (2015). «Атмосферный фотохимический источник стойкого парникового газа CF4». Geophysical Research Letters . 42 (21): 9505–9511. Bibcode : 2015GeoRL..42.9505J. doi : 10.1002/2015GL066193 . ISSN  0094-8276.

Внешние ссылки